电子书材料~天然气化工工艺知识讲座（第一章）

第一章    天然气资源

第一节 天然气形成和分布

天然气的形成过程分为生物催化、热降解、热裂解几个阶段：

(1)生物催化阶段：有机质在厌氧菌作用下部分被完全分解成简单分子；部分被分解为生物化学单体，分解产物相互作用，形成较复杂的高分子固态化合物。

(2)热降解阶段：随着埋藏深度的增加，温度和压力不断升高，高分子固态化合物发生热降解和聚合加氢等作用，转化生成气态烃类(天然气)和液态烃类(石油)。

(3)热裂解阶段：温度和压力随埋藏深度的增加进一步升高，催化分解和热降解的生成物发生热分解反应，即高分子烃分解成低分子烃，液态烃裂解为气态烃，最终形成以甲烷为主的天然气。

天然气的储存状态

天然气依其成因和储存状态可分为常规天然气和非常规天然气。

天然气资源和分布

天然气资源极其丰富，仅常规天然气可供人类开发利用200-300年，非常规天然气潜力更为巨大。

资 源 种 类			资源量(1012m3)
沉积盐游离气    资源量	常规天然气		400～600	1790～4680
	致密低渗透沉积层气		600～3000
	煤层气		100～350
	低渗页岩气		690～730
基岩游离气资源量				1100×104
水溶性天然气		3.4×104		15～25×104
天然气水合物		12～22×104

世界天然气资源分布极为不均，常规天然气主要集中在俄罗斯和中东，其可采储量约占世界总储量的34%和35.6%。

项目	已累计产量	可采储量	剩余资源量	初始资源量
北美洲    拉丁美洲    欧洲    前苏联    非洲    中东    亚洲	29.0    3.6    8.1    18.5    2.4    4.6    4.2	6.6    8.2    8.2    55.8    11.7    58.5    15.0	27～34    22～27    13～16    222～250    23～28    115～136    31～36	55～62    25～30    20～23    240～270    15～30    120～140    35～40
世界总量	70.4	164.0	453～527	520～595

我国天然气概况

我国天然气总资源量为53×1012m3，预测可采资源量为14×1012m3。现已累计探明可采储量为2.8×1012m3，目前剩余可采储量为2.2×1012m3，居世界第15位。

Ø       主要分布在四川、鄂尔多斯、塔里木、柴达木、准格尔、松辽等六大盆地；

Ø       人均占有低，开发潜力大；

Ø       煤层气远景资源为世界煤层气总资源的10％；

Ø       海域天然气水合物主要分布在南海，相当于7000亿吨石油；  

Ø       鄂尔多斯、吐哈、准格尔、四川、塔里木等盆地的深层气藏的远景资源量丰富。

我国天然气的利用现状

我国天然气年产量逐年增加，但在现有能源结构消耗结构中，天然气只占3％，远低于世界平均水平25％和亚洲平均水平8.8％。

表 ：我国1999～2005年天然气产量

年分	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005	2010
产量/108m3	250	262	303	326	341	410	500	800    (预计)

第二节 天然气的开采

现代使用最广泛的钻机是转盘旋转钻机。

    钻井设备按功能可分为旋转系统、吊升系统、循环系统和动力系统。

常用采气法包括：

(1) 天然气井依靠气压能量将天然气井中喷出；

(2) 在采石油中，一般均伴同采出天然气，每吨石油可伴生天然气30～300立方米；

(3)煤层气开采，通常采用抽气系统从煤层中和煤井巷道中抽出煤层气。

完井结构

Ø       钻井的最后一道工序是完井；

Ø       完井目的是为了使油、气层与井筒更好的连通；

Ø       完井有利于减小油、气进入井中的阻力，隔离水层，增加产量；

Ø       完井方法主要有裸眼完井、射孔完井、衬管完井和尾管完井。

第三节 天然气的组成与性质

天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。

烃类气体：主要成分CH4；低含量C2H6、C3H8、C4H10 、C5H12；含量极少C7H16及以上烃类。

非烃类气体：CO2、CO、N2、H2、H2S、H2O及微量惰性气体He、Ar等。

天然气的热值

Ø       定义：1m3燃气完全燃烧所放出的热量称为该燃气的体积热值，简称热值，单位为kJ/m3或MJ/m3。  

Ø       热值分类：高热值(水蒸气为冷凝水状态);低热值(水蒸气为蒸汽状态) 。

实际使用的燃气其热值可以直接用热量计测定，或由各单一气体的热值根据

天然气的爆炸极限

Ø       爆炸极限：可燃气体和空气混合遇明火能引起爆炸的可燃气体浓度范围。

Ø       爆炸上(下)限：在这种混合物中，当可燃气体的含量增加(减少)到不能形成baozha*物时的那一含量。

第四节天然气的应用及前景

Ø       城市居民应用：城市民用燃气的首选燃料；

Ø       天然气发电：特点—环境污染小、热效率高、占地少，定员少、投资省、调峰性能好、发电成本低；

Ø       天然气汽车：压缩天然气(CNG)汽车、吸附天然气(ANG) 汽车和液化天然气(LNG)汽车；

Ø       燃料电池：质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池。

天然气的化工应用

表：1997年美国以及西欧天然气作为化工原料的利用结构

产品	美国		西欧
	消费量/(108m3/a)	比例％	消费量/(108m3/a)	比例％
氨    甲醇    乙炔    羰基化合物    氢氰酸    二硫化碳    甲烷氯化物	122.63    41.04    5.58    6.29    7.05    0.33	67.0    22.4    3.1    3.4    3.9    0.2	97.3    17.8    17.4    8.5    3.6    1.1    0.2	66.7    12.2    11.9    5.8    2.5    0.8    0.1
合计	192.92	100	145.9	100